基于CDIO 模式的程序設(shè)計類課程教學(xué)改革的研究與實踐*

李銀地 楊花雨

（商丘工學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 河南商丘 476000）

近年來，隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，以及各種新興傳播媒介的出現(xiàn)，社會對于各個領(lǐng)域應(yīng)用型專業(yè)人才的需求缺口也越來越大，因此，高等教育界也逐漸認(rèn)識到教學(xué)改革的必要性和重要性，很多高校都在鼓勵各科教師進(jìn)行教學(xué)改革和創(chuàng)新，從而提高教學(xué)質(zhì)量，也能順應(yīng)社會發(fā)展趨勢，讓培養(yǎng)的學(xué)生符合社會對應(yīng)用型人才的需要。很多應(yīng)用型本科高校開始把人才培養(yǎng)方案改為工程認(rèn)證模式，我校計算機(jī)類各專業(yè)人才培養(yǎng)方案也已轉(zhuǎn)為工程認(rèn)證模式，相關(guān)的專業(yè)課程更應(yīng)該改革教學(xué)大綱和教學(xué)模式。計算機(jī)類專業(yè)的核心課程程序設(shè)計類課程需要改革傳統(tǒng)的填鴨式的教學(xué)模式。

一、程序設(shè)計類課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）存在問題

經(jīng)過多方調(diào)研分析高校程序設(shè)計類型課程的教學(xué)現(xiàn)狀，存在關(guān)鍵問題如下：

1.教學(xué)過程中主要以教授基礎(chǔ)知識語法為主，大部分情況是理論課講語法知識，上機(jī)實驗課調(diào)程序驗證語法知識。教學(xué)案例也僅僅是針對某個具體的語法點(diǎn)知識點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計直接編碼，由于課時關(guān)系，教師經(jīng)常會忽略掉需求分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法的設(shè)計過程，在教學(xué)過程中用大量時間分析教師已經(jīng)事先編好的代碼，上機(jī)時也多是驗證教師給定的程序，不需要學(xué)生動腦思考，以至于學(xué)生對程序類課程缺乏了學(xué)習(xí)動力和學(xué)習(xí)熱情。

2.由于課堂上教師講授大多是采用填鴨式的方法教授學(xué)生理論知識，案例是為了教授語法而設(shè)計，并不來源于現(xiàn)實生活，并且學(xué)生多是驗證給定的程序，導(dǎo)致學(xué)生缺乏自己解決現(xiàn)實問題的能力。學(xué)生學(xué)習(xí)的理論知識總歸是要用來處理現(xiàn)實中的問題，但是由于教師的教學(xué)模式及對學(xué)生的惰性，使得大部分學(xué)生對于現(xiàn)實生活中的問題缺乏分析解決的思路和方法。學(xué)生即使掌握了高級語言的各種語法知識，但是由于缺乏思路和方法，并不能真正用來處理問題指導(dǎo)實踐，不能把現(xiàn)實問題很好地用計算機(jī)的方式實現(xiàn)。當(dāng)代大部分學(xué)生往往存在著“一聽就會，一做就廢”的眼高手低的現(xiàn)象。

3.大部分課程仍然采用筆試的形式，主要考核語言的語法知識，部分高校也一直停留在培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)試能力上，甚至有些高校教師為了凸現(xiàn)自己的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，在教學(xué)和考核時都會選擇較為淺顯的語法知識，忽視了學(xué)生的分析問題設(shè)計程序的能力的培養(yǎng)，部分程序設(shè)計類教材在編撰的教學(xué)內(nèi)容上也存在此類問題。這些都會影響對學(xué)生程序設(shè)計能力的培養(yǎng)，有些教材和教師在教學(xué)中雖然略有貫穿軟件工程的思想，但是重點(diǎn)往往仍然是語法知識，而不是解決問題的方法和思路。

4.考核方式和考核內(nèi)容不合理。程序設(shè)計類課程現(xiàn)行的考核方式大多仍是閉卷筆試，雖然也有平時考勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況、上機(jī)情況，實驗報告等內(nèi)容，但這些考核內(nèi)容所占比例太低，對總評成績影響不大。該考核體系不能考核學(xué)生的情感因素、團(tuán)隊協(xié)作能力、創(chuàng)新精神等非智力因素，評價內(nèi)容欠科學(xué)，對于學(xué)生的綜合能力水平?jīng)]有很好地進(jìn)行評估，評估結(jié)果不利于學(xué)生了解自身解決實際問題的真實能力。

（二）產(chǎn)生原因

1.教師教學(xué)能力和教學(xué)水平參差不齊，部分程序設(shè)計類教師不是軟件工程專業(yè)出身，甚至從大學(xué)學(xué)生畢業(yè)即直接從事高校教學(xué)工作，缺乏真實項目經(jīng)驗，并且自身對軟件工程體系缺乏系統(tǒng)的認(rèn)知，不具備將軟件工程思想貫穿到自己課堂教學(xué)的能力。

2.以商丘工學(xué)院為例，信息與電子工程學(xué)院各個本科專業(yè)都開設(shè)有程序設(shè)計課程，教學(xué)計劃中大部分課時理論+上機(jī)一共64 學(xué)時，有的是48 學(xué)時，學(xué)時太少，而程序設(shè)計類課程內(nèi)容較多，教師為了完成教學(xué)內(nèi)容，每節(jié)課不得不加快進(jìn)度，很少給學(xué)生留出自主分析思考討論的時間，往往采用“滿堂灌”的方式，把教學(xué)大綱中的教學(xué)內(nèi)容都灌輸給學(xué)生。而我校學(xué)生自主學(xué)習(xí)能動性普遍較差，教師所講知識很難消化吸收，再加上沒有時間給學(xué)生上習(xí)題課、答疑課、討論課，影響教學(xué)效果。

3.傳統(tǒng)的教學(xué)模式和方法不適用于編程語言的教學(xué)。程序設(shè)計類課程是實踐性比較強(qiáng)的課程，學(xué)生學(xué)習(xí)該類課程的終極目的是能夠把現(xiàn)實社會中的問題用計算機(jī)來解決，因此在課程教授中應(yīng)該把教學(xué)重點(diǎn)放在實踐上，放在分析現(xiàn)實問題解決現(xiàn)實問題上，放在培養(yǎng)學(xué)生將理論知識應(yīng)用到現(xiàn)實世界的能力上，而不是應(yīng)試能力上。

因此，為解決上述問題，改善教學(xué)質(zhì)量和提高教學(xué)效果，程序設(shè)計類課程的教學(xué)模式及教學(xué)內(nèi)容需要進(jìn)行改革，應(yīng)該用把軟件工程的思想貫穿于教學(xué)過程中。

二、CDIO 工程教育模式

（一）CDIO 模式主要內(nèi)容

近年來，CDIO 工程教育模式是國際上工程教育改革的最新有效成果。CDIO 代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運(yùn)行（Operate），是“做中學(xué)”和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達(dá)。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，意指將工程教育與工程實踐相結(jié)合，在產(chǎn)品的構(gòu)思、研發(fā)、應(yīng)用到再改進(jìn)的全生命周期中，提升學(xué)生的實踐動手能力、鍛煉吃苦耐勞的精神、提高團(tuán)隊合作與社會認(rèn)知水平，為以后的工作和生活積累寶貴的經(jīng)驗[1]。

（二）國內(nèi)使用現(xiàn)狀

國內(nèi)高等工科教育的任務(wù)是培養(yǎng)與國際接軌的專業(yè)工程師，然而我國工科的教育實踐中如上分析還存在很多問題，如重理論輕實踐、重視知識學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新的培養(yǎng)等問題。在中國工程教育發(fā)生大變革和邁向國際化的背景下，為了凝聚各方共識和匯聚各方力量，搭建工程教育交流和研討的平臺，我國已成立“CDIO 工程教育聯(lián)盟”[2]。目前，該聯(lián)盟中已有100 余所高校，聯(lián)盟高校運(yùn)用CDIO 工程教育模式進(jìn)行教學(xué)試點(diǎn)，已經(jīng)取得了良好的成效，培養(yǎng)出的學(xué)生符合社會與企業(yè)的需求，得當(dāng)多方的認(rèn)可?；贑DIO 的工程教學(xué)模式比較適合注重培養(yǎng)應(yīng)用型人才的高校，當(dāng)前我國很多高校開始嘗試基于CDIO 工程教育模式進(jìn)行教學(xué)改革研究和實踐。

目前，有很多基于程序設(shè)計類課程的特點(diǎn)提出一些教學(xué)改革建議，比如周本海在“基于程序設(shè)計課程的創(chuàng)新教學(xué)模式研究”中提出的項目驅(qū)動式教學(xué)方法在培養(yǎng)學(xué)生自主研究、團(tuán)隊協(xié)作及創(chuàng)新能力上是一個非常有效的教學(xué)方法[3]。也有人相繼提出在教學(xué)過程中采用基于CDIO 模式的教學(xué)方法，但由于我校開展基于CDIO 工程教育模式研究的時間較短，對此方法尚缺少完善的理論和方案支持。我們以項目方式對CDIO 模式開展研究和實踐，將深入研究項目的規(guī)劃、項目的實施、項目之間的聯(lián)系等內(nèi)容。分析我院程序設(shè)計類課程教學(xué)的現(xiàn)狀，做到切實培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

三、基于CDIO 模式的教學(xué)模式設(shè)計

（一）制定符合CDIO 工程教育理念的人才培養(yǎng)方案

以軟件工程專業(yè)為例，在制定人才培養(yǎng)方案時，應(yīng)該綜合考慮各門課程的先后關(guān)系，軟件工程導(dǎo)論課程應(yīng)該放在C#語言、面向?qū)ο蟪绦蚓幊痰日n程的后面，讓學(xué)生先有軟件工程的理論知識，在上程序設(shè)計類課程時就可以用工程的思想指導(dǎo)軟件開發(fā)。

（二）制定符合CDIO 工程教育理念的課程大綱

1.明確程序設(shè)計類課程教學(xué)目標(biāo)。CDIO 工程教育模式主要是為了培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和實踐能力，因此，在制定大綱時，要基于此目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。運(yùn)用該模式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生邊做邊學(xué)，不僅能學(xué)習(xí)到編程語言的語法應(yīng)用等基礎(chǔ)知識和基本技能，還能提升學(xué)生的分析調(diào)研能力、應(yīng)用實踐能力和創(chuàng)新意識。

2.設(shè)計綜合實訓(xùn)項目作為實踐教學(xué)內(nèi)容。在進(jìn)行實訓(xùn)項目設(shè)計時，不能僅限于分散無關(guān)聯(lián)的小問題的驗證，要設(shè)計出貫穿整個教學(xué)過程的綜合型實訓(xùn)項目，讓學(xué)生對同一個項目學(xué)習(xí)C（構(gòu)思）—D（設(shè)計）—I（實現(xiàn)）—O（運(yùn)行）的工程過程，從而增加學(xué)生的項目經(jīng)驗。

（三）以實際軟件工程項目生命周期組織教學(xué)過程

在編寫教案設(shè)計教學(xué)過程時，充分考慮采用軟件工程思想指導(dǎo)的軟件項目開發(fā)的各個階段的任務(wù)特征，結(jié)合構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運(yùn)行的工程過程，作者以C#語言程序設(shè)計課程的教學(xué)進(jìn)行改革試點(diǎn)采用此方法進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計并得以成功實施。

在設(shè)計C#語言程序設(shè)計課程的課程設(shè)計時，選用了《C#.NET 程序設(shè)計項目化教程》這本教材，該教材以典型的項目出發(fā)，采取課內(nèi)外項目并行的模式，系統(tǒng)地介紹了C#語言的常用技術(shù)和方法。為貫徹“項目驅(qū)動、案例教學(xué)、理論實踐一體化”的教學(xué)理念，每個項目內(nèi)容都有情境導(dǎo)入、項目任務(wù)、基礎(chǔ)知識點(diǎn)任務(wù)、重難點(diǎn)、任務(wù)實現(xiàn)、小結(jié)和拓展等環(huán)節(jié)。對應(yīng)知識點(diǎn)任務(wù)，教師提前在學(xué)習(xí)通或者智慧樹平臺或微信群及QQ 群發(fā)布相關(guān)學(xué)習(xí)視頻，由學(xué)生提前預(yù)習(xí)，以便在課堂上跟得上教師講的項目任務(wù)。另外，教師會精心設(shè)計結(jié)合職業(yè)崗位工作場景的工程項目任務(wù)，由學(xué)生分組在實訓(xùn)課來完成。每個實訓(xùn)任務(wù)結(jié)合多個C#知識點(diǎn)，相對較復(fù)雜，主要為了提高學(xué)生的軟件系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、軟件開發(fā)等能力。

結(jié)合應(yīng)用程序開發(fā)的生命周期以及CDIO 模式，每個工程任務(wù)分為構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運(yùn)行四個階段實施。首先，由教師指導(dǎo)學(xué)生分解出工程項目的各個階段的子任務(wù)，并指導(dǎo)學(xué)生按工程項目開發(fā)的過程先進(jìn)行需求分析，然后設(shè)計程序所用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，進(jìn)而編碼調(diào)試實現(xiàn)，最后進(jìn)行測試與運(yùn)行。該過程以小組分工合作的方式來完成各個階段的任務(wù)，即能讓學(xué)生們將所學(xué)理論知識更好地運(yùn)用到實踐項目中，又能鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，讓學(xué)生獲取更多的項目參與經(jīng)驗。

（四）教學(xué)實施采用以學(xué)生為主體學(xué)生深度參與的教學(xué)方法

程序設(shè)計類課程是應(yīng)用性實踐性較強(qiáng)的課程，教師在選擇教學(xué)方法時應(yīng)該選擇能夠讓學(xué)生深度參與的項目驅(qū)動法、案例法、討論法、翻轉(zhuǎn)課堂等方法，并且課堂要增加與學(xué)生多方位的互動，確實做到以學(xué)生為主體進(jìn)行教學(xué)，避免“填鴨式”的被動教育。

（五）構(gòu)建過程評價與學(xué)習(xí)效果反饋機(jī)制

在程序設(shè)計類課程施教過程中，現(xiàn)行的評價體系大多仍然以期末考試為主，雖然也結(jié)合了平時的作業(yè)、考勤、實驗課現(xiàn)場表現(xiàn)、實驗報告等內(nèi)容，但這些內(nèi)容在總體成績中占成分太少，以商丘工學(xué)院的程序設(shè)計類課程為例，教學(xué)大綱中課程考核均為平時成績10%、實驗成績20%，而期末考試成績?yōu)?0%，雖然期末考試均已改革為上機(jī)考試，但是僅評完成兩個小時的一個小題目并不能真實考核出學(xué)生的真正水平?；贑DIO 模式的過程教學(xué)，在考核時應(yīng)該關(guān)注學(xué)習(xí)的過程，而非一次偶然的結(jié)果。在本次課程教學(xué)改革中，筆者以所帶的“C#語言程序設(shè)計”課程為例，在課程教學(xué)過程中，按照教學(xué)進(jìn)度及工程項目的任務(wù)完成情況，適時地分段進(jìn)行考核評價，并及時將評價結(jié)果反饋給學(xué)生，讓學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)情況，有利于學(xué)生把握好任務(wù)進(jìn)度并及時調(diào)整學(xué)習(xí)方法等，同時也能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣。期間，任課教師要定期與小組長進(jìn)行見面會，由小組長反饋各小組的學(xué)習(xí)情況并給老師提出建議，這樣能讓教師及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，及時合理微調(diào)教學(xué)進(jìn)度及調(diào)整教學(xué)方法。最后，在學(xué)期末，要對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合評價，由于學(xué)生分組完成在進(jìn)行總評時要結(jié)合小組成員的內(nèi)部成員打分情況，盡量做到公正公平合理。課程的綜合評價時間最好提前到學(xué)期結(jié)課前，在學(xué)期初安排教學(xué)授課計劃時要留出少量課時用于給學(xué)生反饋評價，教師基于學(xué)生的學(xué)業(yè)綜合考核結(jié)果為學(xué)生們的發(fā)展給出進(jìn)一步的指導(dǎo)和學(xué)習(xí)建議，為學(xué)生指明進(jìn)一步學(xué)習(xí)的方向和方法，以達(dá)到課程教學(xué)效果的長效化。

結(jié)語

在程序設(shè)計類課程教學(xué)實踐中，通過基于CDIO 模式的教學(xué)模式教學(xué)，學(xué)生能夠把理論知識應(yīng)用到實際項目中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力、理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新能力，達(dá)到學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。因為同一工程項目每個階段的任務(wù)在功能上具有一定的連貫性和完整性，并且子任務(wù)之間也存在著相輔相成的邏輯關(guān)系。因此，工程項目任務(wù)的完成能夠讓學(xué)生在逐步深入逐漸完善的過程中，讓學(xué)生體會到一步步成功的喜悅，讓學(xué)生一步步擁有越來越多的成就感，能夠提高學(xué)生的編程興趣，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。項目是按照程序設(shè)計的生命周期進(jìn)行劃分任務(wù)，因此，學(xué)生全程參與了工程項目開發(fā)的所有環(huán)節(jié)，熟悉工程項目開發(fā)的整個過程，積累了軟件開發(fā)的相關(guān)經(jīng)驗?；贑DIO 工程教育模式的項目驅(qū)動教學(xué)讓學(xué)生邊做項目邊學(xué)習(xí)，能夠提高學(xué)生的實操能力和解決實際問題的能力，增加了學(xué)生的社會責(zé)任感和團(tuán)隊協(xié)作能力，為以后的工作和生活積累寶貴的經(jīng)驗。改善了教學(xué)質(zhì)量，對于學(xué)校提高應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義，體現(xiàn)了學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位。